基于单片机的水塔水位控制设计

单片机课程设计

题目：水塔水位的控制班级：电气073班

姓名：徐慧

学号：200708936

指导教师：苟军年

设计时间：2009.12.31

一，中文摘要

设计一种基于单片机水塔水位检测控制系统。该系统能实现水位检测、电机故障检测、处理和报警等功能，实现超高、低警戒水位报警，超高警戒水位处理。介绍电路接口原理图，给出相应的软件设计流程图和汇编程序，并用Proteus软件仿真。实验结果表明，该系统具有良好的检测控制功能，可移植性和扩展性强。

关键词：单片机；水位检测；控制系统；

二，引言

水塔供水的主要问题是塔内水位应始终保持在一定范围，避免“空塔”、“溢塔”现象发生。目前，控制水塔水位方法较多，其中较为常用的是由单片机控制实现自动运行，使水塔内水位保持恒定，以保证连续正常地供水。实际供水过程中要确保水位在允许的范围内浮动，应采用电压控制水位。首先通过实时检测电压，测量水位变化，从而控制电动机，保证水位正常。因此，以80C5l单片机为核心器件的水塔水位检测控制系统，实现水位的检测控制、电机故障检测、处理和报警等功能。该系统具有全自动水位监测与控制功能。

三，水塔水位控制原理

单片机水塔水位控制原理如图1所示，图中的虚线表示允许水位变化的上、下限位置。在正常情况下，水位应控制在虚线范围之内。为此，在水塔内的不同高度处，安装固定不变的3根金属棒A、B、C，用以反映水位变化的情况。其中，A棒在下限水位，B棒在上、下限水位之间，C棒在上限水位(底端靠近水池底部，不能过低，要保证有足够大的流水量)。水塔由电机带动水泵供水，单片机控制电机转动，随着供水，水位不断上升，当水位上升到上限水位时，由于水的导电作用，使B、C棒均与+5 V连通。因此b、c两端的电压都为+5 V即为“1”状态．此时应停止电机和水泵工作，不再向水塔注水；当水位处于上、下限之间时，B棒和A棒导通，而C棒不能与A棒导通，b端为“1”状态，c端为“0”状态。此时电机带动水泵给水塔注水，使水位上升，还是电机不工作，水位不断下降，都应继续维持原有工作状态；当水位处于下限位置以下时，B、C棒均不能与A棒导通，b、c均为“0”状态，此时应启动电机转动，带动水泵给水塔注水。

其原理图见图1：

图1 水塔水位控制原理图

四， 硬件设计

图二 系统主体结构图

1 水位检测接口电路

为了便于实现水位检测功能，用一个两位的拨码开关模拟b 、c 端的状态(1、0)，正电极接+5 V 电源，每个负电极分别通过4．7 kQ 的电阻(尺1，R2)接地。将单片机的P1．0端口接开关1，P1．1端口接开关2。假设被水淹没的负电极都为高电平，此时开关置1；露在水面的负电极都为低电平，开关此时置为0。单片机通过负电极重复采集检测水位，当缺水时(此时两个开关均置0)，电机必须带动水泵抽水；若水位在正常范围内时，检测信号为高，低电平(此时开关1置1，开关2置0)

；当水位过高时，检测信号为高电平(此时开关l 和2都置1)，单片机检测到P1．0和P1．1为高电平后，立即停机。

假设被水淹没的负电极都为高电平，此时开关置1；露在水面的负电极都为低电平，开关此时置为0。单片机通过负电极重复采集检测水位，当缺水时,电机必须带动水泵抽水；若水位在正常范围内时，检测信号为高，低电平；当水位过高时，检测信号为高电平(此时开关l 和2都置1)，单片机检测到P1．0和P1．1为高电平后，立即停机。 2 报警接口电路

为了避免系统发生故障时，水位失去控制造成严重后果，在超出、低于警戒界水位时，报警信号直接从高、低警界水位电极获得。单片机PA ．1端口为启

5

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图三控制电路

五，软件设计

主程序流程图：

六，总结：

作为一名自动化专业的大三学生，我觉得做单片机课程设计是十分有意义的，而且是十分必要的。在已度过的大学时间里，我们大多数接触的是专业课。

我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，如何去锻炼我们的实践能力？如何把我们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去呢？我想做类似的课程设

计就为我们提供了良好的实践平台。

课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对我们的实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新月异，当今计算机应用在生活中可以说是无处不在。作为二十一世纪的大学生来说掌握单片机开发技术是十分重要的。

在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。我们是在做单片机课程设计，但我们不是艺术家，他们可以抛开实际尽情在幻想的世界里翱翔，而我们一切都要有据可依，有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。

这次课程设计不仅巩固了以前所学过的知识，而且还学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。这次的课程设计还让我学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻言放弃。

我做的是水塔水位控制系统，虽然是很简单的一个系统，但对我一个初学者来说却是一个很大的困难，因此第一天绞尽脑汁却丝毫没有进展，最主要是不知从何开始，这个时候才知道上课老师们不厌其烦的教导是多么的宝贵，这个时候才后悔上课的时候没有认真的听讲。可是现在一切都晚了，还好时间还算是充裕，只好拿出书本重新复习一下。不过经过半天的复习，大体上把课本上的知识点看了一遍，知识点也都基本是掌握了。下一步就是开始正式的设计硬件和编写程序了。由于不知道从何处下手，就在网上下了一篇类似的设计，经过仔细的研究，终于弄懂了水塔水位控制的原理。再从中加了一些自己的设计思想，经过反复的推敲和论证，终于确定了该系统的芯片（80C51、74LS373、2732）和外部电路，然后又花费了一天时间，写出了汇编程序部分。

总之，要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是很正常德，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题。